Квантовые атмосферные и космические каналы связи Сергей Кулик МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени М.В.Ломоносова ЦЕНТР КВАНТОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ МГУ имени М.В. Ломоносова БИБ онлайн «Технология и продукты квантовой защиты информации» 23.06.20 Квантовая обработка информации. КВАНТОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ: три кита Квантовые вычисления Квантовая связь Квантовая сенсорика Оптоволоконные каналы связи: сетевая топология Атмосферные/ космические каналы: мобильные, стационарные Квантовая память, квантовые повторители Глобальная Защищенная сеть Квантовая коммуникация/связь Волоконно-оптические Системы Свободное пространство Квантовые интерфейсы и память ВЫВОД ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ НА ПРИНЦИПИАЛЬНО ИНОЙ УРОВЕНЬ! Квантовая коммуникация – это область знаний/техники о передаче квантовых состояний между удаленными объектами Основные направления мировых разработок 1. • • • Волоконно-оптические линии связи шифрование квантовыми ключами данных, передаваемыми по магистральным линиям связи создание локальных защищенных сетей с электронным документооборотом создание крупномасштабных сетевых структур через доверенные узлы 2. Атмосферно-космические каналы связи • • • • распределение квантовых ключей между мобильными и стационарными объектами распределение ключей между низкоорбитальными спутниками и наземными объектами распределение ключей между низко- и высокоорбитальными спутниками создание глобальных квантовых сетей, охватывающих значительные территории По всем направлениям работа ведется на физическом факультете МГУ при поддержке Фонда перспективных исследований, НТИ (Центр квантовых технологий), Министерства обороны РФ, ФСБ России, Министерства науки и высшего образования и др. Индустриальный партнер — ОАО «ИнфоТеКС» 5 Квантовое распределение ключей через открытое пространство 1. Квантовое распределение ключей – демонстрационные эксперименты 2000-2001 Первые работы по распределению ключей на расстояния порядка 1 км 2007-2009 Рекорд дальности по распределению ключей и передаче запутанности на 144 км 2012 Распределение перепутанности и квантовая телепортация на 97 км 2. Квантовое распределение ключей на движущиеся объекты 2013 Квантовое распределение ключей на самолет 2015 Квантовое распределение ключей на движущийся автомобиль 2017 Распределение ключей между дронами 3. Спутниковые системы квантовых коммуникаций 2014 SOTA/SOCRATES optical space terminal (NICT, Japan) 2016 Источник пар фотонов на орбите (Сингапур); Micius satellite (China) 2017 Квантово-ограниченная передача с геостационара (Alphasat) 6 Long-Distance Free-Space Distribution of Quantum Entanglement 7 КРК на расстоянии 350 м при дневном освещении 8 КРК на расстоянии 144 км. Распределение запутывания между Канарскими островами 9 Квантовая телепортация на расстоянии 97 км BB84 на ослабленных когерентных состояниях, поляризационное кодирование, дальность – 20 км, полная эффективность -38 дБ S. Nauerth at al. "Air-to-ground Quantum communication", Nature Photon. 2013 11 КРК между стационарной станцией и движущимся автомобилем BB84 decoy-state J.-P. Bourgoin, B. L. Higgins, N. Gigov, at al. “Free-space quantum key distribution to a moving receiver”, Opt. Express v. 23, 33437 (2015) 12 КРК между стационарной станцией и ДРОНом 13 Квантовая спутниковая связь (2014) 2014 – SOTA/SOCRATES optical space terminal (NICT, Japan): микроспутник 50 кг. Измерение поляризационных состояний, «квантово-ограниченная» передача данных на землю. Передатчик на спутнике, прием наземным 1,5 м телескопом. H. Takenaka, A. Carrasco-Casado, M. Fujiwara, M. Kitamura, M. Sasaki, and M. Toyoshima "Satellite-to-ground quantum-limited communication using a 50-kg-class microsatellite" NATURE PHOTONICS, vol. 11, p. 502, 2017. 14 Источник пар фотонов на орбите (2016) Первая попытка не удалась – взорвалась ракета-носитель, но источник в итоге остался цел. Вторая попытка успешная. Режим генерации пар: невырожденный коллинеарный синхронизм типа I. Zhongkan Tang, Rakhitha Chandrasekara, Yue Chuan Tan, Cliff Cheng, Luo Sha, Goh Cher Hiang, Daniel KL Oi, Alexander Ling"Generation and Analysis of Correlated Pairs of Photons aboard a Nanosatellite", PHYSICAL REVIEW APPLIED 5, 054022 (2016). 15 Спутник Мисиус (Micius, China) 2016 Источник пар фотонов на борту (KTP, 810 нм); Два передающих телескопа (30 см и 18 см) Наземные станции: ( 2 телескопа 1 м, и еще один 1.8 м) Основные результаты: 2017: Распределение запутанных фотонов на 1200 км 2017: Квантовое распределение ключей со спутника на землю 2018: Спутник как доверенный узел: распределение ключей на 7800 км 16 Квантово-ограниченная передача с геостационарного спутника (Alphasat), 2017 Alphasat (Inmarsat-4A F4) дальность передачи - 38 600 км Приемная апертура на земле - 27 см Полные потери - 85 дБ Длина волны - 1064 нм Скорость передачи данных - 2.8 Гбит/сек Бинарная фазовая модуляция K. Günthner "Quantum-limited measurements of optical signals from a geostationary satellite", Optica, Vol. 4, No. 6, p.611, 2017. 17 Квантовая коммуникация: три крупных проекта в ЦКТ МГУ 1. Квантовый шифратор 10G МОСКВА, 11 апр 2017 — TADVISER «На базе технологии, созданной в рамках проекта Фонда перспективных Исследований, Физический факультет МГУ имени М.В.Ломоносова и ОАО «ИнфоТеКС» разработают высокопроизводительный шифратор с квантовым каналом распределения криптографических ключей» 2. «Квантовый телефон» МОСКВА, 13 дек 2017 — РИА Новости «Ученые из Московского государственного университета создали и проверили на практике линию телефонной связи, защищенную от прослушивания системой квантового шифрования, сообщает пресс-служба вуза» 3. Квантовая космическая связь Проект ФПИ «Звезда» - совместно с РКК Энергия, РФЯЦ-ВНИИЭФ (г. Саров) 18 КРК между стационарным Объектом и ДРОНом Распределение ключей между стационарным объектом (Ш) и мобильными летательными аппаратами (К1, К2, К3…) через мобильный летательный аппарат (К). ПРОТОКОЛ: на перепутанных парах фотонов Расстояние до 100 м (проект 2019-2020 гг.) К Ш К2, К3… К1 Перспективные исследования технологии квантового распределения ключей для защиты информации Владимир Елисеев Что такое квантовое распределение ключей? Квантовое состояние o Цель квантового распределения ключей (КРК) – получить общий секретный ключ у двух абонентов, не передавая его o КРК – это квантово-механический конкурент протокола Диффи-Хеллмана o Наиболее удобным и надежным является формирование квантовых состояний фотонов, передаваемых по оптоволокну или по открытому пространству |𝜓 Алиса Боб Служебный канал Квантовый ключ Квантовый ключ o Квантовое состояние получается путем задания поляризации или сдвига фазы одиночного фотона o Квантовые состояния невозможно скопировать или усилить, поэтому их невозможно «подслушать» в традиционном смысле этого слова Шифратор Шифратор Зашифрованные данные Свойства и ограничения КРК o Принципиально топология «точка-точка» – не подходит напрямую для сети Интернет с адресацией «каждый с каждым» 100-130 км ВОЛС o Ограничение по дальности одного сегмента ВОЛС Алиса Боб o Секретный квантовый ключ – только на одном сегменте ВОЛС o КРК на околоземный спутник позволит кардинально решить вопрос ограничения расстояний Ева o Аппаратура КРК является частным случаем системы криптографической защиты информации (СКЗИ) o Необходима сертификация ФСБ o На протоколы и аппаратуру КРК тоже есть атаки, от которых необходимо защищаться Развитие систем КРК 3-е поколение 2-е поколение 1-е поколение 0-е поколение Многосегментные квантовые сети Квантовый ключ как услуга Стандартизация КРК Интеграция с L3 VPN: 10-100 шифраторов в сети Топология «звезда» Интеграция с шифраторами Топология «точка-точка» Сертификация ФСБ Научные эксперименты Лабораторные образцы Рекорды КРК Исследование точности и надежности аппаратуры КРК Многие системы КРК можно представить в виде: Квантовое состояние o Алиса – формирование квантового состояния o Боб – измерение квантового состояния Требования сертификации и эксплуатации: o Точность реализации протокола КРК с учетом характеристик элементов o Влияние надежности элементов на корректность и эффективность реализации протокола КРК o Оценка реализованных мер защиты с учетом характеристик элементов |𝜓 Формирование квантового состояния Измерение квантового состояния Квантовый ключ Квантовый ключ Точность и надежность переменного аттенюатора Многофотонный импульс hv hv Квазиоднофотонный импульс hv hv Импульсный лазер Аттенюатор hv |𝜓 Фазовый модулятор Случайные числа для формирования квантового ключа o Секретность систем КРК основана на формировании квантовых состояний на одиночных фотонах o Реальные многофотонные импульсы делаются путем ослабления до почти однофотонного уровня o Точность и надежность переменного аттенюатора – залог секретности формирования квантового ключа Спектральные характеристики оптического изолятора Квазиоднофотонный рабочий импульс hv |𝜓 hv hv Фазовый модулятор Оптический изолятор hv hv Случайные числа для формирования квантового ключа hv Многофотонный отклик с информацией о модуляции Импульсный лазер Евы o В атаке активного зондирования Ева узнаёт случайные числа на фазовом модуляторе по отклику и нарушает секретность формируемого квантового ключа o Для защиты от зондирования нужен оптический изолятор, пропускающий фотоны в одном направлении o Необходимо исследовать спектральные характеристики оптического изолятора для предотвращения зондирования на нештатных для изолятора длинах волн, где его изолирующие свойства становятся хуже Формирование истинно однофотонного импульса * 𝜆 = 637 нм Импульс накачки hv Алмаз, легированный атомами азота hv 𝜆 = 1588 нм Устройство преобразования частоты hv hv hv o Вероятность излучения двух и более фотонов существенно ниже, чем при ослаблении аттенюатором o По этой причине у Евы значительно меньше возможностей для эффективной PNS атаки o Большой потенциал не только для КРК, но и для оптических квантовых вычислителей * Работа поддержана Минобрнауки России и ведется совместно с ВНИИОФИ Выход за рамки одного сегмента волоконно-оптической сети Основные ограничения базовой технологии КРК: o Ограниченная дальность выработки квантового ключа в ВОЛС на уровне 100-130 км o Квантовый ключ всегда вырабатывается в топологии «точка-точка» Современные потребности: o Сети передачи данных реализуют логическую топологию «каждый с каждым» o Протяженность телекоммуникационных линий может достигать тысяч километров Многосегментные сети КРК с доверенными узлами: o На основе ВОЛС o С сегментами открытого пространства o С сегментами на космические спутники Многосегментная сеть КРК с доверенными узлами Квантовый ключ Квантовый ключ Оконечный узел квантовой сети Квантовозащищенный ключ Промежуточный узел квантовой сети Перешифрование ключа Шифратор Оконечный узел квантовой сети Квантовозащищенный ключ Шифратор Зашифрованные данные o Квантово-защищенный ключ (КЗК) передается по сети под защитой квантовых ключей на сегментах o КЗК используется шифраторами как аналог квантового ключа Многосегментная сеть КРК масштаба мегаполиса/региона Промежуточный узел квантовой сети Оконечный УКС КЗК Оконечный УКС Оконечный УКС КЗК КЗК Шифратор Шифратор Шифратор o Топология «звезда» сети КРК с помощью доверенного промежуточного узла в центре превращается в топологию «каждый с каждым» для шифраторов o Технология отработана в проекте «Квантовый телефон» и реализуется в проекте ViPNet Quantum Security System (QSS) Многосегментная сеть КРК масштаба страны УКС УКС КЗК УКС Множественные маршруты УКС УКС УКС УКС КЗК УКС Шифратор Шифратор o Дублирование маршрутов для повышения производительности и отказоустойчивости o Сочетание преимуществ топологии «магистраль» и «звезда» o Подключение шифраторов различных производителей к узлам квантовой сети o Технология построения квантовых сетей востребована лидерами рынка телекоммуникаций Квантово-защищенный ключ как услуга квантовой сети УКС УКС УКС КЗК УКС УКС УКС УКС УКС КЗК КЗК КЗК Шифратор Шифратор Шифратор o Подключение шифраторов различных владельцев к узлам квантовой сети o Необходимо стандартизовать протокол подключения шифраторов к узлам сети Шифратор Разработка технологии и аппаратуры квантовых сетей * Базовые элементы квантовых сетей: o Магистральный узел квантовой сети (МУКС) МУКС МУКС МУКС МУКС o Распределительный узел квантовой сети (РУКС) o Клиентский узел квантовой сети (КУКС) КУКС КУКС РУКС КУКС КУКС * Работа поддержана Министерством промышленности и торговли России Пример квантовой сети на основе разрабатываемых узлов РУКС КУКС КУКС МУКС МУКС РУКС КЗК КУКС КЗК КЗК КЗК Шифратор Шифратор Шифратор Шифратор План разработки технологии и аппаратуры квантовых сетей 2020 o Эскизное проектирование o Техническое проектирование 2021 o Подготовка конструкторской документации o Разработка опытных образцов o Макет квантовой сети 2022 o Производство o Сертификация Технология КРК в продуктах ИнфоТеКС. Уровень готовности и планы развития Александр Поздняков Основа приватности конфиденциального обмена Враг знает систему» © Клод Шеннон Из максимы Шенона следует: o Секретность алгоритмов шифрования и аппаратной реализации не определяют стойкость криптосистемы o Стойкость криптосистемы определяется лишь секретностью ключа Остается главный вопрос: Откуда взять ключ? Откуда обычно берутся секретные ключи? o Доверенный курьер доставляет ключи из ключевого центра или o Ключи вычисляют при условии двусторонней аутентификации (ассиметричные алгоритмы) Проблемы всех классических механизмов распределения ключей o Не обеспечивается безусловная и доказуемая математически секретность ключей. Доверие к криптографическим ключам основано лишь на предположении, что у злоумышленника нет достаточного количества вычислительных ресурсов и предположении о том, что злоумышленнику не известен эффективный алгоритм взлома. (Доказать, что такого алгоритма нет, невозможно) o Дорогостоящие организационно-технические меры. Чем больше людей, участвующих в процессе, тем сложнее обеспечить секретность o Всегда есть «человеческий фактор» o Создание квантового компьютера приведет к компрометации всех ассиметричных криптографических алгоритмов и протоколов на их основе (DH, RSA, ECDSA TLS/SSL, HTTPS, IPsec, X.509) o Не обеспечивают быструю смену ключей автоматически, без участия администратора Новый вид СКЗИ с использованием технологии квантового распределения ключей Секретность выработки квантовых ключей основана на следующих квантовых принципах: Преимущества технологии квантового распределения ключей 1. Фотон неделим 1. 2. Невозможно клонировать неизвестное квантовое состояние Безусловная секретность квантовых ключей доказана математически 2. Выработка ключей и загрузка в шифратор происходит автоматически – без участия администратора 3. Обеспечивается стойкость к криптографическим атакам при помощи квантового компьютера 4. Высокая скорость смены ключей 3. Невозможно измерить квантовое состояние без его изменения 4. Невозможно различить два неортогональных квантовых состояния Концепция развития технологии квантового распределения ключей в ИнфоТеКС o Квантовая сеть произвольной топологии o Криптографические ключи с доказательством секретности o Без использования асимметричных криптографических механизмов o Ключи неизвестны администратору сети o Автоматическая смена ключей во всей сети o Не явная компрометация одного узла (например, увольнение администратора ИБ) не приводит к необходимости переинициализации всей сети Пошаговое развитие топологии квантовых сетей o В основе квантовой сети произвольной топологии – технология доверенного промежуточного узла o Все «квантовые» продукты в одной сети Квантовая магистраль Пошаговое развитие топологии квантовых сетей Квантовая сеть произвольной топологии на базе доверенных промежуточных узлов o В основе квантовой сети произвольной топологии – технология доверенного промежуточного узла o Все «квантовые» продукты в одной сети o Подключение к квантовой сети любых СКЗИ ViPNet Quandor Система автоматической доверенной доставки криптографических ключей ViPNet Quandor Базовый сценарий – автоматическая доверенная доставка криптографических ключей для канальных шифраторов ViPNet L2. Для использования квантовых ключей к шифратору по защищенному интерфейсу подключается аппаратура ViPNet Quandor, которая устанавливается в контролируемой зоне шифратора Стенд для внутренней эксплуатации ViPNet Quandor в ИнфоТеКС Отечественное серийное производство o Первый образец, изготовленный на собственном производстве o Прошел все инженерные испытания o На стадии сертификации в ФСБ России o Готовность к поставкам Комплект оборудования для пилотной эксплуатации ViPNet Quandor на сетях заказчика o Мобильный комплект для быстрого разворачивания на сетях заказчика o Защита во время транспортировки o Минимальные затраты времени на ввод в эксплуатацию o Демонстрация рабочего решения, готового к поставкам ТТХ решения ViPNet Quandor o Длина квантового канала 100 км (130 км – экспериментальный предел при идеальных условиях) o Скорость шифрования и имитозащиты 20 Гбит/с в режиме дуплекс o Задержка шифрования не более 15 мкс o Не требует дополнительного охлаждения o Устанавливается в стандартную стойку o Автоматическая смена ключей 1 раз в минуту o Гибридная ключевая система на квантовых и предраспределенных ключах. Физический вывод из строя квантового канала и оборудования не приведет к остановке шифрования o Скорость загрузки нового КК – 1 ключ/мин. o ФДСЧ на квантовых эффектах обеспечивает истинную случайность вырабатываемых ключей o СКЗИ класса КС3 (все технические решения принимались с расчетом последующей сертификации на класс КВ, в плане на 2021 год) В процессе исследования 8 центром ФСБ России ViPNet QSS ViPNet Quantum Security System Оборудование квантового распределения ключей (КРК) сопряженное с ПО ViPNet Client и Connect на телефонах абонентов Особенности o Распределяет квантовые ключи по сетевой топологии «Звезда» для практически неограниченного количества абонентов o Бесшовная интеграция с существующими сетями на базе технологии ViPNet o Не подвержен атакам, которые станут возможными при реализации эффективного квантового компьютера o Стойкость квантового протокола математически доказана o Шифрование телефонного трафика на ключах, не известных даже администратору сети o Возможность выработки на одном Клиенте квантовозащищенных ключей для нескольких абонентов o Полностью автоматическая регулярная смена ключей шифрования o Пользователь сам может запросить выработку нового ключа в любой момент Cтенд в ИнфоТеКС Потребители ключей. IP-телефоны – ViPNet QSS Phone Клиент квантового распределения ключей – ViPNet QSS Point Cтенд в ИнфоТеКС Оптический коммутатор – ViPNet QSS Switch Сервер квантового распределения ключей – ViPNet QSS Server Отечественное серийное производство ViPNet QSS Point Высокий уровень локализации Оптимизирована логистика поставки комплектующих Отработан технологический процесс Некоторые ТТХ ViPNet QSS o Топология «Звезда» o Расстояние между QSS Server и QSS Point до 44 км o 3 уровня оптической коммутации с резервированием каналов o o До 1600 Клиентов КРК (ViPNet QSS Point, подключенных к серверу ViPNet QSS Server) К одному ViPNet QSS Point можно подключить много потребителей ключей (ViPNet QSS Phone) в пределах одной зоны доверия o Класс защиты ViPNet QSS Server и ViPNеt QSS Point КС3 (Все аппаратные решения соответствуют классу KB, в планах весь комплекс «дотянуть» до КВ) o ViPNet QSS Phone (Android) – КС1 o В планах создание телефона на OS Linux на класс KB o Возможно размещение в категорируемых помещениях ТЗ согласовано с 8 центром ФСБ России ViPNet Quantum Trusted Node Магистральный сегмент. Опорная сеть Перспективная квантовая магистраль Квантовая сеть произвольной топологии o Сервис предоставления ключей o Сервис предоставления защищенного канала o Мультиарендность Обзор активностей по стандартизации в области квантового распределения ключей Алексей Уривский Cтандартизация КРК ОРГАНЫ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ • Отраслевые/индустриальные • Региональные/национальные • Международные ©2020, ИнфоТеКС ©2019, Infotecs ОРГАНИЗАЦИИ И АКТИВНОСТИ ©2020, ИнфоТеКС ©2019, Infotecs Индустриальные органы по стандартизации ИНДУСТРИАЛЬНЫЕ IETF – Quantum Internet Proposed Research Group (QIRG) • • • • • Draft “Architectural Principles for a Quantum Internet” (Inf) Draft “Applications and Use Cases for the Quantum Internet” (Inf) Draft “Connection Setup in a Quantum Network” (Inf, Deleted) Draft “The Link Layer service in a Quantum Internet” (Exp) Draft “Advertising Entanglement Capabilities in Quantum Networks” (?, Deleted) • Симулятор для разработки ПО для квантового интернета (SimulaQron) • http://www.simulaqron.org/ ©2020, ИнфоТеКС ©2019, Infotecs Национальные органы по стандартизации НАЦИОНАЛЬНЫЕ: США NIST • The Cryptographic Technology Group at NIST is NOT focusing on QKD ©2020, ИнфоТеКС ©2019, Infotecs НАЦИОНАЛЬНЫЕ: КИТАЙ CCSA – China Communications Standards Association • CCSA ST17 – 17th Special Task Group (ST17) «Quantum Communication and information technology» -> QKD-based Quantum Secure Communications • WG1 – Квантовые коммуникации • WG2 – Квантовая обработка информации • www.ccsa.org.cn CSTC – China Cryptography Standardization TC • Quantum Cryptography Standard WG – 2012 • Работы по спецификации и тестирование КРК на базе протокола Decoy State BB84 China Information Security Standardization TC (TC260) • Работы по квантовым вычислениям и метрологии ©2020, ИнфоТеКС ©2019, Infotecs КИТАЙ: CCSA ST17 5 групп стандартов • S&A – система и архитектура • QAN&QBB – квантовые магистральные сети и сети доступа • Q-Component – квантовые компоненты • Q-Security – квантовая безопасность • QIP – квантовая обработка информации • 25 документов ©2020, ИнфоТеКС ©2019, Infotecs КИТАЙ: CCSA ST17 Национальные стандарты 1. 2. Отчеты об исследованиях Quantum Communication Terms and Definitions Quantum Secure Communication application scenario and requirements Промышленные стандарты ©2020, ИнфоТеКС ©2019, Infotecs КИТАЙ: CSTC Дорожная карта стандартов по квантовой криптографии ©2020, ИнфоТеКС ©2019, Infotecs КИТАЙ: CSTC • TS “Network cryptographic server based on QKD” (2016) • TS “Decoy state BB84 QKD Protocol Specification” (2016) описание протокола с характеристиками безопасности на каждой стадии, технические требования к изделию в части набора функций, производительности и управления • TR “Evaluation Specification of Decoy state BB84 QKD System” (2017) • TR “Encrypted Communication Technology Framework based on QKD” (2017) • Research “Quantum RNG” (2018) • TS “Decoy State BB84 QKD Test Specification” (2018) цель тестирования, требования к окружению, процессам и оценке результатов; описание тестовых требований и методов в части набора функций, производительности, аппаратного и программного обеспечения и управления функциями безопасности • Research “Relay security of QKD Network” (2018) • TS “Quantum key application Interface Specification” (2018) • TS “Coherent State CV QKD” (2018) ©2020, ИнфоТеКС ©2019, Infotecs Региональные органы по стандартизации РЕГИОНАЛЬНЫЕ ETSI Industry Specification Group on QKD • Более 30 членов: • вендоры систем КРК, вендоры сетевого оборудования, сетевые операторы, системные интеграторы, университеты, академические организации, национальные лаборатории и т.д. • Европа, Япония, Южная Корея, США, Канада, Россия… • • • • Более 25 проведенных мероприятий Документы доступны бесплатно для скачивания Фактически: международная стандартизация www.etsi.org/qkd Направления стандартизации • Общие вопросы • Безопасность практических реализаций систем КРК • Интероперабельность для классических интерфейсов и протоколов, но не квантового канала и организация квантовых сетей • Метрология компонентов и систем КРК (измерения на однофотонном уровне) ©2020, ИнфоТеКС ©2019, Infotecs ETSI ISG QKD ETSI ISG QKD: Общие вопросы • GR QKD 007 v1.1.1 “Vocabulary” – 2018 глоссарий, согласующий остальные документы ETSI терминологически, предполагается регулярное обновление • GR QKD 003 v2.1.1 “Components and Internal Interfaces” – 2018 базовое функциональное описание компонентов систем КРК и их взаимосвязей • GS QKD 008 v1.1.1 “QKD Module Security Specification” – 2010 требования по безопасности к аппаратуре КРК как компоненту системы информационной безопасности ©2020, ИнфоТеКС ©2019, Infotecs ETSI ISG QKD ETSI ISG QKD: Безопасность реализаций • White Paper 27 “Implementation Security of Quantum Cryptography” – 2018 обзор реализаций и вопросов безопасности реализаций КРК • GS QKD 005 v1.1.1 “Security Proofs” – 2010 требования, определения, модели, ожидается обновление • Draft GS QKD 016 “Common Criteria Protection Profile for QKD” – 2020 (ожидается) профиль защиты для КРК в парадигме «Общих критериев» • Draft GS QKD 010 “Implementation security: protection against Trojan horse attacks in one-way QKD systems ” – 2020 (ожидается) рекомендации по защите КРК от зондирования состояния оптических компонентов засветкой ©2020, ИнфоТеКС ©2019, Infotecs ETSI ISG QKD ETSI ISG QKD: Интероперабельность и сеть • GS QKD 014 v1.1.1 “Protocol and data format of REST-based key delivery API” – 2019 протокол и формат данных передачи квантовых ключей приложениям, но не в квантовой сети • GS QKD 004 v1.1.1 “Application Interface” – 2010 прикладной функциональный интерфейс передачи квантовых ключей приложениям, ожидается обновление • Draft GS QKD 015 “Control Interface for SDN” – 2020 (ожидается) интерфейсы управления для интеграции на уровень управления сетевыми архитектура, и SDN в частности • GS QKD 012 v1.1.1 “Device and Communication Channel Parameters for QKD Deployment” – 2019 управление параметрами КРК при взаимодействии владельца КРК и потребителями • Draft GR QKD 017 “Network architectures“– ? (ожидается) отчет по возможным архитектурам сетей КРК, автономные и интеграционные модели использования с телеком-системами ©2020, ИнфоТеКС ©2019, Infotecs ETSI ISG QKD ETSI ISG QKD: Метрология компонентов и систем • GS QKD 011 v1.1.1 “Component characterization: characterizing optical components for QKD systems” – 2016 базовый документ («справочник») с требованиями к компонентам систем КРК • Draft GS QKD 013 v1.1.1 “Characterization of Optical Output of QKD transmitted modules” – 2020 (ожидается) описание модуля оптического передатчика как целого, а не покомпоненто, как в GS QKD 011; измерения характеристик модуля в режиме «черного» и «серого» ящиков ©2020, ИнфоТеКС ©2019, Infotecs Международные органы по стандартизации МЕЖДУНАРОДНЫЕ: ITU-T SG13 ITU-T Study Group 13: Future networks (& cloud) • SG13 Q16 – Knowledge-centric trustworthy networking and services • SG13 Q6 – Quality of service (QoS) aspects including IMT-2020 networks • https://www.itu.int/en/ITU-T/studygroups/2017-2020/13/Pages/default.aspx • Китай, Япония, Корея, Швейцария, Великобритания, США ©2020, ИнфоТеКС ©2019, Infotecs ITU-T SG13 Q16 ITU-T SG13 Q16 • Y.3800 “Overview on Networks supporting QKD” – 2019 • Y.3801 “Functional Requirements for QKD network” - 2020 • Rec Y.QKDN_Arch “Functional architecture of the QKD network” – 2020 • Rec Y.QKDN_KM “Key management for QKD network” – 2020 • Rec Y.QKDN_CM “Control and Management for QKD networks” – 2020 • Rec Y.QKDN_SDNC “Software Defined Network Control for QKD networks” – 2021 • Rec Y.QKDN_BM “Business role-based models in QKD network” – 2021 • Rec Y.supp.trust-roadmap “Standardization roadmap on trustworthy networking and services including quantum enhanced networks” – 2022 Общий обзор сетей КРК (структура, функции, уровневая модель) и их взаимодействие с пользовательскими сетями эталонная модель квантовой сети, ее функциональные элементы, операционные процедуры и модель развертывания требования к системе управления ключами, функциональные элементы, процедуры и форматы ©2020, ИнфоТеКС ©2019, Infotecs ITU-T SG13 Q16 Rec Y.QKDN_KM “Key management for QKD network” ©2020, ИнфоТеКС ©2019, Infotecs ITU-T SG13 Q6 ITU-T SG13 Q6 • Y.QKDN-qos-gen“General Aspects of QoS on the QKD Network” – 2021 Общие вопросы обеспечения качества сервиса в сетях КРК: описание QoS и производительности для сетей КРК и их применимость, характеристики, классификация проблем производительности, требующих параметризации. • Y.QKDN-qos-req “Requirements for QoS Assurance of the Quantum Key Distribution Network” – 2021 Определяет требования к обеспечению качества сервиса в сетях КРК: пользовательские сценарии, высокоуровневые требования, функциональные требования. ©2020, ИнфоТеКС ©2019, Infotecs МЕЖДУНАРОДНЫЕ: ITU-T SG17 ITU-T Study Group 17: Security • SG17 Q4 – Cybersecurity -> Quantum Information Technologies • https://www.itu.int/en/ITU-T/studygroups/2017-2020/17/Pages/default.aspx • Китай, Япония, Корея, Швейцария, США ©2020, ИнфоТеКС ©2019, Infotecs ITU-T SG17 Q4 ITU-T SG17 Q4 • X.1702 “Quantum noise random number generator architecture” – 2020 Общая архитектура квантового источника энтропии • TR.sec-qkd “Security framework for QKD in telecom network” – 2021 • X.cf-QKDN “Use of cryptographic functions on a key generated in QKD networks” – 2020 • X.sec-QKDN-ov “Security requirements for QKD networks - overview” – 2020 • X.sec-QKDN-km “Security requirements for QKD networks - key management” – 2020 • X.sec-QKDN-tn “Security requirements for QKD networks - trusted node” – 2021 ©2020, ИнфоТеКС ©2019, Infotecs ITU-T SG17 Q4 X.1702 “Quantum noise random number generator architecture” ©2020, ИнфоТеКС ©2019, Infotecs ITU-T SG17 Q4 ITU-T SG17 Q4 ©2020, ИнфоТеКС ©2019, Infotecs МЕЖДУНАРОДНЫЕ: ITU-T FG QIT4N ITU-T Focus Group on Quantum Information Technology for Networks • https://www.itu.int/en/ITU-T/focusgroups/qit4n/Pages/default.aspx • Изучение развития и применения квантовых информационных технологий (QIT) в сетях • Терминология и пользовательские сценарии QIT для сетей • Поддержка стандартизации QIT для сетей в других группах ITU-T и других организациях по стандартизации ©2020, ИнфоТеКС ©2019, Infotecs МЕЖДУНАРОДНЫЕ: ISO/IEC ISO/IEC JTC1/SC27 • WG3 – Security Evaluation, Testing and Specification • ISO/IEC 23837 “Security requirements, test and evaluation methods for QKD” – 2022 • Part 1: Requirements • Part 2: Test and Evaluation Methods • Основан на идеологии «Общих критериев» (ISO 15408) и уточняет методику оценки криптографических модулей ISO 19790 (FIPS 140-2) в части КРК. • Common threats to QKD and specific threats to BB84 DS, MDI-QKD, CV-QKD. ©2020, ИнфоТеКС ©2019, Infotecs ISO/IEC JTC1/SC27/WG3 ISO/IEC 23837 “Security requirements, test and evaluation methods for QKD” ©2020, ИнфоТеКС ©2019, Infotecs Стандартизация КРК в России … и не только РОССИЯ Технический комитет 26 “Криптографическая защита информации”, https://tc26.ru/ • РГ “Квантовая криптография” • Проект методических рекомендаций “Протокол логического интерфейса взаимодействия” – 2021 Технический комитет 194 ”Киберфизические системы”, http://tc194.ru/ • Проект ПНСТ ”Квантовые коммуникации. Общие положения и терминология” - 2020 Российское представительство в международных организациях: • ISO/IEC JTC1/SC 27 WG3 – эксперты (ТК26, Инфотекс) • ITU-T FG QIT4N – сопредседатель (Ростелеком) https://www.itu.int/en/ITU-T/focusgroups/qit4n/Pages/default.aspx • ITU-T SG17 – вице-председатель (Криптонит) http://www.itu.int/net4/ITU-T/lists/mgmt.aspx?Group=17&Period=16 • ETSI ISG QKD – эксперты (РКЦ, ИТМО) https://portal.etsi.org/TB-SiteMap/QKD/QKD-List-members ©2020, ИнфоТеКС ©2019, Infotecs КОНТАКТЫ СПИКЕРОВ Сергей Кулик Александр Поздняков Научный руководитель Центра квантовых технологий МГУ Менеджер развития продукта ИнфоТеКС sergei.kulik@physics.msu.ru Aleksandr.Pozdnyakov@infotecs.ru Владимир Елисеев Алексей Уривский Руководитель центра научных исследований и перспективных разработок ИнфоТеКС Заместитель генерального директора по науке и инновациям ИнфоТеКС EliseevVL@infotecs.ru urivskiy@infotecs.ru ©2019, Infotecs Спасибо за внимание!
